过程装备基础(朱孝钦)（第3版）

全书内容分为5篇: 绪论简要地介绍过程装备的基本概念和范畴，是过程装备的共性基础知识，第1篇过程装备力学基础,主要介绍过程装备技术中涉及的力学基础知识和基本工程计算，第2篇工程材料,简明扼要地介绍常用材料的性能、牌号和用途以及钢的热处理等基础知识，第3篇机械设计基础,主要从传递动力的角度介绍一些常见的机械传动（如带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动）的工作原理、标准规范、设计计算方法及其主要零部件的工作原理、组合设计和选用方法，第4篇压力容器及压力管道,主要围绕压力容器及压力管道新的国家标准，重点讲述如何正确应用标准进行一般压力容器及压力管道的设计和零部件选用，并介绍一般压力容器及压力管道的制造、使用与管理，第5篇过程设备概论,着重介绍工业生产中较为常见过程设备的类型、结构、工作原理、机械特征和选用方法，使读者能进行合理选型或结构设计，并能进一步借助相关的技术资料进行一般工程计算，以培养解决工程实际问题的能力。各章后附有相关思考题和习题。本书适合作为高等院校过程工艺类及其相近的非机械专业“过程装备基础”等课程的教材或教学参考资料，也可供相关专业的读者和工程技术人员参考。

0绪论1

0.1过程工业1

0.2过程装备1

0.2.1过程装备的基本概念1

0.2.2过程装备的基本要求1

0.3过程装备基础的主要内容2

第1篇过程装备力学基础

第1章引论3

1.1构件3

1.2强度、刚度与稳定性3

1.3杆件变形的基本形式4

思考题5

第2章构件受力分析与平衡理论6

2.1基本概念和基本原理6

2.1.1基本概念6

2.1.2基本原理7

2.2平面力系的简化与平衡8

2.2.1平面汇交力系的合成与平衡8

2.2.2平面平行力系的合成与平面力偶理论9

2.2.3平面力偶系的合成与平衡10

2.2.4平面一般力系的简化与平衡11

2.3约束和约束力13

2.4受力分析与约束力的求解15

思考题18

习题19

第3章杆件的内力分析22

3.1外力与内力的平衡内力分量22

3.2内力分析与内力图23

3.2.1直杆受轴向拉伸或压缩时的内力图24

3.2.2圆轴受扭转时的内力图25

3.2.3平面弯曲梁的内力图26

思考题31

习题32

第4章应力与应变34

4.1正应力与切应力34

4.2一点处应力状态的概念35

4.3正应变与切应变37

4.4材料的力学性能及其测试37

4.4.1材料在拉伸时的力学性能38

4.4.2材料在压缩时的力学性能41

4.5线弹性材料的物性关系42

思考题43

第5章杆件的强度与刚度计算44

5.1概述44

5.1.1强度条件44

5.1.2刚度条件44

5.2直杆轴向拉伸与压缩时的强度与变形计算44

5.2.1直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算44

5.2.2直杆轴向拉伸与压缩时的变形计算46

5.3杆件剪切时的强度计算48

5.3.1剪切的概念与实例48

5.3.2剪切与挤压的实用计算49

5.4圆轴扭转时的强度与刚度计算51

5.4.1圆轴扭转时横截面上的切应力51

5.4.2圆轴扭转时的强度条件和刚度条件53

5.5平面弯曲梁的强度与刚度计算56

5.5.1平面弯曲梁横截面上的正应力分析与强度计算56

5.5.2平面弯曲梁的变形计算62

5.6直杆组合变形时的强度计算67

5.6.1弯曲与拉伸(压缩)的组合67

5.6.2弯曲与扭转的组合68

5.7超静定问题简介69

5.7.1超静定问题的概念69

5.7.2热应力问题70

5.7.3超静定梁71

思考题72

习题73

第2篇工程材料

第6章过程装备材料79

6.1过程装备用金属材料79

6.1.1金属材料的基础知识79

6.1.2过程装备常用钢材83

6.1.3铸铁87

6.1.4有色金属及其合金88

6.2非金属材料90

6.2.1高分子材料91

6.2.2陶瓷材料91

6.2.3石墨92

6.2.4搪瓷材料93

6.3复合材料简介93

思考题93

第3篇机械设计基础

第7章螺纹连接95

7.1螺纹连接的基本类型和螺纹连接件95

7.1.1螺纹连接的基本类型95

7.1.2螺纹连接件96

7.1.3螺纹连接件的常用材料和力学性能等级98

7.2螺纹连接的预紧和防松98

7.2.1螺纹连接的预紧98

7.2.2螺纹连接的防松98

7.3提高螺栓连接强度的措施100

7.3.1改善螺纹牙间的载荷分配不均的现象100

7.3.2减小螺栓的应力幅100

7.3.3减小应力集中101

7.3.4避免附加弯曲应力101

7.3.5采用合理的制造工艺102

思考题102

第8章常用机械传动103

8.1带传动103

8.1.1带传动概述103

8.1.2带传动工作情况分析104

8.1.3V带传动及其选用计算106

8.2链传动简介117

8.2.1链传动的组成117

8.2.2链传动的类型117

8.2.3链传动的特点与应用117

8.3齿轮传动117

8.3.1齿轮传动概述117

8.3.2齿轮啮合的基本定律与渐开线齿廓118

8.3.3渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及基本尺寸120

8.3.4渐开线齿轮的正确啮合条件和连续传动条件123

8.3.5斜齿圆柱齿轮传动124

8.3.6齿轮传动的失效形式和齿轮材料127

8.4蜗杆传动简介129

8.4.1蜗杆传动的特点和应用129

8.4.2蜗杆传动的分类129

8.4.3蜗杆传动的失效形式与材料选择130

思考题130

习题131

第9章轴与轴承132

9.1轴132

9.1.1轴的分类132

9.1.2轴常用的材料132

9.1.3轴径的初步计算133

9.1.4轴的结构设计135

9.2轴的连接136

9.2.1联轴器137

9.2.2离合器139

9.3轴承141

9.3.1滑动轴承141

9.3.2滚动轴承146

思考题151

习题152

第10章轮系及减速器153

10.1轮系的分类及功用153

10.1.1轮系的分类153

10.1.2轮系的功用154

10.2定轴轮系的传动比154

10.3减速器156

10.3.1减速器的主要型式及应用特点156

10.3.2减速器的组成、结构和润滑157

10.3.3标准减速器158

思考题159

习题159

第4篇压力容器及压力管道

第11章压力容器设计161

11.1概述161

11.1.1压力容器设计内容及有关规范161

11.1.2压力容器的总体结构及其设计特点161

11.1.3压力容器的分类162

11.1.4压力容器的设计载荷条件163

11.1.5压力容器的失效形式与设计准则163

11.1.6压力容器零部件标准的两个基本参数——公称直径（尺寸）与公称压力164

11.2内压薄壁容器设计基础166

11.2.1概述166

11.2.2回转薄壁壳体的几何特性167

11.2.3回转薄壁壳体的无力矩理论168

11.2.4特殊回转薄壳中的薄膜应力170

11.2.5回转薄壁壳体中的边缘应力173

11.3内压薄壁容器的设计175

11.3.1压力容器的结构175

11.3.2内压薄壁容器的设计177

11.4外压薄壁容器设计基础183

11.4.1概述183

11.4.2外压圆筒的稳定性计算184

11.5外压容器的设计186

11.5.1外压圆筒设计186

11.5.2外压球壳设计191

11.5.3外压封头设计192

11.6法兰密封设计193

11.6.1螺栓法兰连接结构与密封原理193

11.6.2法兰结构类型194

11.6.3法兰密封面和垫片的选择194

11.6.4法兰标准196

11.7容器支座202

11.7.1卧式容器支座202

11.7.2立式容器支座204

11.8容器开孔补强206

11.8.1容器主要的开孔装置206

11.8.2开孔补强的结构与设计206

11.9耐压试验与泄漏试验210

11.9.1耐压试验210

11.9.2泄漏试验212

思考题212

习题214

第12章压力容器的制造、使用与管理216

12.1概述216

12.1.1国内压力容器管理方面的主要法规和条例216

12.1.2压力容器的类别划分217

12.1.3在用压力容器安全状况等级的划分219

12.2压力容器的制造管理219

12.3压力容器的使用管理220

12.3.1使用单位的主要基础工作220

12.3.2压力容器的定期检验222

思考题223

第13章压力管道224

13.1概述224

13.1.1压力管道定义224

13.1.2压力管道的分类224

13.1.3压力管道的类别和级别划分224

13.1.4压力管道的基本组成225

13.2管道元件及其选择225

13.2.1管子及其选择225

13.2.2管件及其选择228

13.2.3阀门230

13.3管道支吊架及其选用233

13.3.1管道支吊架的分类233

13.3.2常用管道支吊架的结构特征及其应用234

13.3.3管道支吊架的选用235

13.4压力管道设计概论236

13.4.1压力管道的设计程序和主要内容236

13.4.2压力管道设计的一般原则236

13.4.3压力管道的结构设计237

13.5压力管道的制造、安装与使用管理简介238

13.5.1压力管道的制造管理238

13.5.2压力管道的安装管理238

13.5.3压力管道的使用管理238

思考题239

第5篇过程设备概论

第14章传热与传质设备241

14.1换热设备241

14.1.1概述241

14.1.2管壳式热交换器243

14.1.3换热设备技术进展概述249

14.2塔设备250

14.2.1概述250

14.2.2塔设备的总体结构252

14.2.3塔设备的主要机械特征252

14.2.4塔设备设计简介254

14.2.5塔设备的技术进展概述254

思考题255

第15章化学过程设备256

15.1概述256

15.1.1化学过程设备的应用及其特性256

15.1.2化学过程设备的类型256

15.2釜式反应设备257

15.2.1釜式反应设备的总体结构与机械特征257

15.2.2釜式反应设备的设计简介258

15.2.3釜体的结构与设计258

15.2.4传热装置259

15.2.5搅拌装置260

15.2.6传动装置261

15.2.7密封装置261

思考题262

第16章机械过程设备263

16.1物料输送设备263

16.1.1液体输送设备263

16.1.2气体输送设备264

16.1.3固体物料输送设备265

16.2机械分离设备266

16.2.1固液分离设备267

16.2.2气固分离设备269

16.3粉体加工设备269

16.3.1粉体粉碎过程设备269

16.3.2粉体分级设备271

思考题274

附录275

附录1型钢尺寸规格表275

附录2钢板许用应力277

附录3钢管许用应力279

参考文献280

 

前言本书第2版2012年8月荣获“云南省高等学校精品教材奖”，基于本书第2版的教改研究2013年3月荣获“第二届中国化工教育科学研究成果三等奖”，与此同时，本书第2版也在国内更多的高等工科院校得到使用。自2011年本书第2版出版以来，随着过程装备技术的不断发展，国内外出现了一些与过程装备相关的新概念、新观点、新方法和新结构，相应的技术标准近几年来也发生了相当大的改变，因此，有必要对本书第2版进行修订。考虑到本书前两版的使用范围较广，修订过程中仍遵循了保持编排结构和体系相对稳定、着重强调教学内容科学性、综合性和实用性的原则。本书由朱孝钦教授主持修订和统稿工作，参加修订工作的有: 宋鹏云（绪论、第9章和第10章），梁海峰、姜国平、候亭波（第1章、第5章），郭晓霞（第2章），何峥、杨双全、陈烨（第3章、第4章），林整、刘曦（第6章、第14章），张昱、路智敏（第7章），路智敏（第8章），朱孝钦、王庆均、蔡洪涛（第11章），朱孝钦、别玉、常静华（第12章），张宇（第13章），戚冬红、朱孝钦（第15章），朱孝钦（第16章），姜国平、候亭波（附录），朱孝钦、栗志（附图）。使用过本书第2版的教师提出了许多建设性的意见，对本书的修订和完善起到了积极的作用，谨此致谢。借此机会，还向参加过本书第2版修订工作的刘俊明副教授、谭志洪教授、吕硕教授、董永刚讲师等深表谢意。限于编者水平，虽经努力，修改后的教材恐仍有不妥及疏漏之处，敬请读者批评指正。编者2016年10月第1版前言本书根据过程工艺类专业对学习过程装备的基本要求,总结昆明理工大学、太原理工大学、内蒙古工业大学、南昌大学和江苏工业学院五所院校长期教学经验,在参考国内其他高校编写的同类教材基础上,结合过程装备技术的发展,探索加强基础、联系实际和强化能力训练的教学模式,精心编写而成。本书编写进行了一些尝试：一是注重理论与方法的有机结合, 在不破坏基本理论的系统性、严肃性的前提下,着重其实用性，二是力求更全面地介绍过程装备的基础理论和工程应用知识,以拓宽学生的知识面，三是注重介绍有关的标准、规范且以当前版的标准、规范为依据,以适应工程实际的需要，四是注意汲取国外同类教材一些好的编写方法。此外,鉴于过程装备涉及面广,我们编写的原则是面广而精,努力做到集理论、设计、资料于一体,使读者通俗易学且便于实际应用。根据不同学科专业的教学要求，教师可以选择讲授其中部分内容。除了作为教材之外,本书还可供相关工程技术人员参考。本书由朱孝钦主编,刘俊明、白竞平、李鸣、高光藩、宋鹏云为副主编，参加编写工作的有: 宋鹏云（绪论、第10章～第12章）， 刘俊明、高光藩（第1章～第5章），杨玉芬（第6章），张昱（第7章），白竞平、路智敏（第8章、第9章），朱孝钦（第13章、第14章、第19章、附录），谭志洪、李鸣（第15章、第16章），李淑兰、杨培洵（第17章），戚冬红（第18章）。全书由胡明辅教授主审。在编写过程中,杨明、邓荣群、刘辉等同志对本书例题、习题及插图做了大量工作，内蒙古工业大学张东利教授生前对本书提出了不少宝贵意见,特此一并致谢。由于编者水平有限,书中难免有不妥之处,敬请读者批评指正。编者2006年5月第2版前言本书自2006年8月出版以来，在国内多所高等工科院校得到使用，受到了使用院校师生的好评。然而，随着过程装备技术的发展，相应的技术标准近几年发生了比较大的改变，有必要对本书第1版进行修订。考虑到本书的使用范围较广，本次修订基本保持了第1版教材编排结构和体系。只是对教材内容及其安排进行了较大幅度的调整，强调教学内容的科学性、综合性和实用性，突出了各篇（章）内容的相对独立和完整，从而便于教师根据不同学科专业的教学要求、不同学时情况选择教学内容。本书由朱孝钦和刘俊明主编, 路智敏、谭志洪、林整、王庆均、何峥、姜国平、宋鹏云为副主编，胡明辅教授主审。朱孝钦教授和刘俊明副教授主持修订和统稿工作，参加修订工作的有：宋鹏云（绪论、第12章和第13章）， 刘俊明、姜国平、吕硕（第1章和第5章），郭晓霞（第2章），何峥、董永刚、杨双全（第3章和第4章），王庆均、蔡洪涛（第6章和第7章），林整、刘曦（第8章和第17章），张昱、路智敏（第9章），路智敏（第10章和第11章），朱孝钦（第14章和第19章），朱孝钦、别玉、常静华（第15章），谭志洪、张宇（第16章），戚冬红、朱孝钦（第18章），姜国平、吕硕（附录）。使用过本书第1版的教师提出了许多建设性的意见，对本书的修订和完善起到了积极的作用，谨此致谢。借此机会，还向参加过本书第1版编写工作的李鸣教授、李淑兰教授、白竞平副教授、高光藩副教授、杨培洵副教授和杨玉芬副教授等深表谢意。限于编者水平，修改后的教材不妥甚至错误之处在所难免，敬请读者批评指正。编者2011年4月